Osobliwe zachowanie gwiazdy wskazuje na samotną czarną dziurę w olbrzymiej gromadzie gwiazd

Wizja artystyczna przedstawiająca czarną dziurę wewnątrz NGC 3201

Astronomowie korzystający z instrumentu MUSE zainstalowanego na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile odkryli gwiazdę w gromadzie NGC 3201, która zachowuje się w bardzo osobliwy sposób. Gwiazda wydaje się krążyć wokół niewidocznej czarnej dziury o masie około 4 mas Słońca – to pierwsza taka nieaktywna czarna dziura o masie gwiazdowej odkryta w gromadzie kulistej i pierwsza odkryta bezpośrednio na podstawie swojego przyciągania grawitacyjnego. To istotne odkrycie wpływa znacząco na naszą wiedzę o formowaniu się takich gromad gwiazd, czarnych dziur i źródeł fal grawitacyjnych.

Gromady kuliste to potężne sfery zawierające dziesiątki tysięcy gwiazdy krążące wokół większości galaktyk. To jedne z najstarszych znanych układów gwiezdnych we Wszechświecie, a ich wiek zbliżony jest do wieku całej galaktyki, wokół której krążą. Aktualnie znamy około 150 gromad kulistych krążących wokół Drogi Mlecznej.

[AdSense-A]

Jedna konkretna gromada – NGC 3201 – znajdująca się w południowym gwiazdozbiorze Żagla została teraz zbadana za pomocą instrumentu MUSE zainstalowanego na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile. Międzynarodowy zespół astronomów odkrył, że jedna z gwiazd należących do NGC 3201 zachowuje się bardzo osobliwie – co 167 dni zmienia kierunek i przemieszcza się z prędkościami rzędu kilkuset tysięcy kilometrów na godzinę.

Zdjęcie gromady kulistej NGC 3201 wykonane za pomocą Hubble’a.

Główny autor badania Benjamin Giesers zainteresował się zachowaniem tej gwiazdy. Krążyła wokół czegoś całkowicie niewidocznego o masie około czterech mas Słońca – to mogła być tylko czarna dziura! Pierwsza odkryta w gromadzie kulistej za pomocą bezpośrednich obserwacji jej wpływu grawitacyjnego.

Związek między czarnymi dziurami a gromadami kulistymi jest ważny, ale i tajemniczy. Z uwagi na swoje duże masy oraz zaawansowany wiek, zakłada się, że gromady kuliste wytworzyły duże liczby czarnych dziur o masie gwiazdowej w eksplozjach supernowych pod koniec życia masywnych gwiazd.

[AdSense-B]

Instrument MUSE umożliwia astronomom wykonywanie precyzyjnych pomiarów ruchu tysięcy odległych gwiazd jednocześnie. Dzięki niemu badacze po raz pierwszy w historii odkryli nieaktywną czarną dziurę w sercu gromady kulistej – taką, która aktualnie nie pożera materii, ani nie jest otoczona świecącym dyskiem gazowym. Co więcej, mogli oszacować masę czarnej dziury na podstawie ruchu gwiazdy złapanej w jej grawitacyjne macki.

Szerokokątny obraz nieba wokół gromady kulistej NGC 3201

Na podstawie obserwacji badacze ustalili, że gwiazda ma masę 0,8 masy Słońca, a masa jej tajemniczej towarzyszki to 4,36 masy Słońca – niemal na pewno czarna dziura.

Niedawne odkrycia źródeł promieniowania radiowego i rentgenowskiego w gromadach kulistych oraz odkrycie w 2016 roku fal grawitacyjnych pochodzących od łączących się dwóch czarnych dziur o masie gwiazdowej, wskazują, że te stosunkowo małe czarne dziury mogą być bardziej powszechne w gromadach kulistych niż wcześniej przypuszczano.

Gromada kulista NGC 3201

Giesers podsumowuje: Do niedawna zakładaliśmy, że prawie wszystkie czarne dziury znikają z gromad kulistych po krótkim czasie, a tego typu układy nawet nie powinny istnieć! Jednak widocznie tak nie jest – nasze odkrycie stanowi pierwsze odkrycie grawitacyjnego wpływu czarnej dziury o masie gwiazdowej w gromadzie kulistej. Odkrycie to poprawi naszą wiedzę o formowaniu się i ewolucji gromad kulistych,czarnych dziur i układów podwójnych – kluczowych do zrozumienia pochodzenia źródeł fal grawitacyjnych.

Źródło: ESO